Antibiotikaresistente Bakterien und neuartige Viren bedrohen die globale Gesundheit zunehmend. Jährlich sind etwa fünf Millionen Todesfälle mit resistenten Keimen verbunden, während die COVID-19-Pandemie weltweit über 20 Millionen Opfer forderte. Forschende der Empa arbeiten an innovativen Strategien, um die Ausbreitung solcher Erreger zu bekämpfen. Ein interdisziplinäres Team aus drei Empa-Laboren und der Palacký-Universität in Olomouc hat eine biokompatible, metallfreie Oberflächenbeschichtung entwickelt, die Mikroorganismen effektiv abtötet und durch Licht reaktiviert werden kann.

Die neue Beschichtung besteht aus einer Polyvinylalkohol-Matrix, die in der Lebensmittelindustrie verwendet wird, und enthält speziell synthetisierte Graphen-Säure. Diese Kombination ermöglicht eine doppelte Wirkung: Unter Nahinfrarotlicht wird Wärme erzeugt, die Keime abtötet, und es entstehen Sauerstoffradikale, die Erreger zusätzlich schädigen. Die Beschichtung bietet kontinuierlichen Schutz gegen ein breites Spektrum an Bakterien und Viren, ohne die Resistenzentwicklung zu fördern, da sie unabhängig von klassischen Antibiotika wirkt. Labortests bestätigten die Wirksamkeit gegen verschiedene Mikroorganismen.

“Das neue Material ist so konzipiert, dass es Mikroorganismen lokal und schnell abtötet”, erklärt Giacomo Reina vom Empa-Labor für Nanomaterialien im Gesundheitswesen in St. Gallen. 

Ein Schwerpunkt der Anwendung liegt in der Zahnmedizin. In Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Zahnmedizin der Universität Zürich wird eine Zahnschiene entwickelt, die Mikroorganismen in der Mundhöhle bekämpft. Bakterielle Biofilme im Mund, die oft resistent gegen Antibiotika und Desinfektionsmittel sind, können Zähne schädigen oder systemische Infektionen verursachen. Die Schiene integriert Nanomaterialien wie Graphen-Säure und kann durch Nahinfrarotlicht aktiviert werden, das mehrere Zentimeter tief ins Gewebe eindringt. Dies ermöglicht eine wiederholte Anwendung ohne invasive Eingriffe.

Das Projekt wird durch Spenden der Eduard-Aeberhardt-Stiftung und einer weiteren Stiftung unterstützt. Die Entwicklung kombiniert Materialwissenschaft und klinische Forschung, um innovative Lösungen für die Patientenversorgung zu schaffen. Die Beschichtung könnte zukünftig auch auf Oberflächen wie Türgriffen oder medizinischen Geräten in Krankenhäusern eingesetzt werden, um die Verbreitung resistenter Keime zu verhindern. Die Forschung markiert einen wichtigen Schritt im Kampf gegen Antibiotikaresistenz und bietet Perspektiven für neue, nachhaltige Ansätze in der Infektionskontrolle.

Original Paper:

Light Irradiation of N‐Doped Graphene Acid: Metal‐Free Strategy Toward Antibacterial and Antiviral Coatings With Dual Modes of Action – Reina – 2025 – EcoMat – Wiley Online Library

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

Gender-Hinweis. Die in diesem Text verwendeten Personenbezeichnungen beziehen sich immer gleichermaßen auf weibliche, männliche und diverse Personen. Auf eine Doppel/Dreifachnennung und gegenderte Bezeichnungen wird zugunsten einer besseren Lesbarkeit verzichtet.